29 Lug 2018
SIGNIFICATO DEL VO2
Posted by Forrest Group Minerva
Creato: 29 Luglio 2018

Significato del VO2 - Misura della salute o indicatore delle prestazioni?

La combinata nordica, un'unione tra sci di fondo e salto con gli sci, è

stata uno dei cinque sport originali delle prime olimpiadi invernali tenutesi in Francia nel 1924. Fino ad oggi, sport di resistenza come il biathlon, lo sci di fondo e la combinata nordica sono ancora bastioni dell'evento quadriennale e, di fatto, i sei campioni olimpionici invernali più decorati di tutti i tempi, sono tutti atleti aerobici che hanno partecipato a queste estenuanti gare di durata. Ma considerando che le olimpiadi invernali sono generalmente svolte ad altitudini più elevate, dove la pressionie dell’ossigeno è inferiore rispetto a quella delle quote più basse, sorge spontanea la domanda sul modo in cui questi ambienti influenzano il VO2, e di conseguenza il loro allenamento aerobico e le prestazioni, e se questi atleti di alto livello sono diversi rispetto agli atleti estivi che generalmente vivono e si allenano a bassa quota.

Per comprendere queste e altre domande, dobbiamo prima scavare un po' più a fondo nella scienza e nel significato della misurazione del consumo di ossigeno (VO2). Questo articolo esamina la fisiologia, l'applicazione ed il valore della misurazione del VO2, poiché questo parametro è spesso considerato sinonimo di prestazioni atletiche.

Vo2 00

VO2 ASSOLUTO RISPETTO A VO2 RELATIVO

L'utilizzo dell'ossigeno ha una grande rilevanza nella comprensione del metabolismo umano. La quantità di ossigeno consumata (a livello cellulare) riflette l'utilizzo di energia e la quantità di lavoro svolto dal corpo. Di interesse è il consumo massimo di ossigeno o VO2 max, che è anche definito VO2 di picco. Nella sua forma più semplice, il VO2 è la differenza tra l’ossigeno inspirato e quello espirato nell'unità di tempo (ad es. un minuto), e il VO2 max sarebbe la quantità massima che il corpo è in grado di consumare. Due misure sono frequentemente utilizzate nella scienza: VO2 assoluto e VO2 relativo (1 - 3). Come la parola denota, il VO2 assoluto riflette la quantità totale di ossigeno consumato da un corpo, indipendentemente dalle dimensioni, dall'età o dal sesso, mentre il VO2 relativo indica che il valore è corretto secondo qualche parametro o riferimento, che potrebbe essere un'unità di massa o un chilogrammo (1 kg).

Le unità di misura sono tutte metriche:

  • VO2 assoluto = Litri al minuto (L/min)
  • VO2 relativo = millilitri al minuto per chilogrammo (unità di massa) che viene riscritto come millilitri per chilogrammo al minuto o mL/kg/min (1.000 mL = 1,0 L). Ad esempio, se Peter pesa 220 libbre (100 kg) ed ha un VO2 max di 4,0 L/min, il suo VO2 max relativo sarebbe 40 mL/kg/min (fare riferimento alla Tabella 1-1 di seguito).

Entrambi i VO2, assoluto e relativo, forniscono informazioni preziose. Considerando il ruolo dell'ossigeno nel metabolismo (cioè bruciare combustibile), quantificando la quantità totale di ossigeno consumata si ottiene una stima delle calorie spese. Sebbene non esatto, gli scienziati usano una media di 5 kcal per ogni litro di ossigeno consumato. Pertanto, se Mary correva su un tapis roulant e consumava 2,0 L/min, avrebbe speso 10 kcal [N.d.r.: 2,0 x 5] al minuto, o 200 kcal per un periodo di 20 minuti [N.d.r.: 10 x 20]. Sfortunatamente, i valori assoluti del VO2 non possono essere usati per confrontare gli individui tra loro date le molte differenze esistenti, specialmente nel peso corporeo (a riposo una persona più pesante brucia più ossigeno). Di conseguenza, i valori assoluti del VO2 sono convertiti in valori relativi ai fini del confronto. Ad esempio, Peter che pesa 200 libbre (100 kg) con un VO2 max di 4,0 L/min, è più allenato di Jane che pesa 125 libbre (56,8 kg) con un VO2 max di 2,5 L/min (Tabella 1-1)?

Tabella 1-1: calcolo del VOrelativo

 
            Peter


             Jane

Peso


220 libbre (100 kg)

125 libbre (56,8 kg)

VO2 max assoluto


4,0 L/min

2,5 L/min

VO2 max relativo


40 mL/kg/min*

44 mL/kg/min*


* 2,5 L/min = 2.500 mL/min : 56,8 kg = 44 mL/kg/min

VALORE VO2 MAX E PRESTAZIONI

Il VO2 è misurato direttamente utilizzando l'analisi del gas (cioè analizzatori che campionano i volumi e le concentrazioni di gas), oppure stimato indirettamente dal lavoro svolto (ad es. velocità/pendenza del tapis roulant), o da risposte sub massimali della frequenza cardiaca. Indipendentemente dalla tecnica di valutazione, il VO2 max è stato a lungo considerato un fattore predittivo della massima prestazione fisica (cioè i valori più alti di VO2 max implicano prestazioni atletiche migliori). Come illustrato in fig. 1-1, questo non è vero. La pendenza del VO2 vs. work (lavoro) dimostra una relazione alquanto lineare con il lavoro incrementale (A-B), fino al raggiungimento di un punto di soglia sub massimale (B), superato il quale si stabilizza, ma si possono eseguire ulteriori intensità di lavoro (B-C), anche se per brevi periodi (cioè, contributi dai percorsi energetici anaerobici). Si ritiene che questo plateau rappresenti il massimo della capacità ossidativa mitocondriale, o un'incapacità di fornire ulteriore ossigeno ai mitocondri attraverso il sangue (4).

Vo2 02Fig. 1-1: Relazione tra VO2 e intensità di lavoro

Inoltre, il picco di VO2 o VO2 max è il punto massimo (ad es., un test incrementale di laboratorio) e non rappresenta un'intensità sostenibile, ciò che invece richiedono tutti gli sport di resistenza. Questo fatto ha generato un cambiamento di mentalità, per misurare dei marcatori chiamati punto di compensazione respiratoria (RCP) o insorgenza di accumulo del lattato nel sangue (OBLA), come predittori di prestazioni sostenibili, piuttosto che il VO2 max. Questi marcatori rappresentano la massima intensità che si può sostenere nel tempo e sono spesso indicati come soglia del lattato (LT), il che però non è corretto (1). La soglia del lattato rappresenta l'intensità dell'esercizio alla quale la quantità di lattato nel sangue inizia ad aumentare in modo sproporzionato rispetto ai valori normali di riposo, e generalmente si manifesta precocemente con intensità di esercizio moderata-vigorosa (3). Inoltre, il VO2 è influenzato da una miriade di altri fattori, intra ed interpersonali, che includono (5):

  • Età: declino graduale del valore nella tarda adolescenza (dopo i vent’anni), sebbene molti atleti di livello mondiale raggiungano il picco tra la fine degli anni venti e i primi anni trenta.
  • Sesso: gli uomini hanno maggiore emoglobina per trasportare ossigeno e una maggiore quantità di cellule muscolari per l'ossidazione mitocondriale.
  • Genetica: forse la più influente.
  • Livello di condizionamento (i valori del VO2 max generalmente aumentano con l'allenamento).
  • Altitudine e temperatura - discussi nella sezione successiva.
  • Scostamenti fisiologici interpersonali - muscoli ventilatori, tipi di fibre muscolari, livelli di enzimi ossidativi, ecc.
  • Economia di movimento - i corridori esperti corrono in modo più efficiente dei principianti, la corsa richiede più azione muscolare della bicicletta (cioè coinvolgimento degli arti superiori).

Quindi, mentre il VO2 max ha un significato limitato come stima delle prestazioni, viceversa, ha un grande valore come predittore della salute in generale, e nel determinare le capacità di lavoro per varie professioni. Gli individui che sono fisicamente attivi hanno generalmente un VO2 max più alto e presentano minori rischi di morbilità e mortalità. Allo stesso modo, poiché il VO2 riflette la capacità di lavoro, molte occupazioni fisicamente impegnative (ad es. vigili del fuoco, militari, ecc.) si basano su questi punteggi per quantificare la capacità di un individuo di svolgere compiti di lavoro in modo sicuro e competente.

VO2 E PRESTAZIONI IN AMBIENTI PIÙ FREDDI E PIÙ ELEVATI

In generale gli aumenti di quota riducono la temperatura ambientale, ed entrambi possono influire negativamente sulle prestazioni atletiche. Un comune malinteso è che in quota l'aria contiene meno ossigeno, rendendo più difficile il respiro, che a sua volta riduce la capacità di esercitarsi. Tuttavia, il problema non è la concentrazione di ossigeno, ma la diminuzione della pressione dell'aria ambiente [N.d.r.: gradiente di pressione] che spinge l'ossigeno nei polmoni e nel sangue. La legge di Dalton delle pressioni parziali afferma che la pressione totale di un gas è la somma delle pressioni parziali dei singoli gas che lo compongono (ad es. ossigeno, anidride carbonica) (1 - 2). A quote più elevate, la pressione totale dell'aria atmosferica scende, quindi anche la pressione parziale dell'ossigeno diminuisce. Ad esempio, a livello del mare, l'aria atmosferica esercita una pressione totale di 760 mm Hg, con contenuto di ossigeno pari al 20,93%; quest’ultimo esercita una pressione parziale di 159 mm Hg (760 x 0.2093 = 159 mm Hg). Tuttavia, a 14.000 piedi (4.267 metri), l'aria atmosferica esercita una pressione totale di 447 mm Hg, sempre con contenuto di ossigeno pari al 20,93%, che esercita una pressione parziale di 94 mm Hg (447 x 0.2093 = 94 mm Hg). In poche parole, questo significa che meno ossigeno è spinto nei polmoni e nel sangue.

Pressioni più basse riducono la capacità dell'ossigeno di passare dai polmoni al sangue e legarsi all'emoglobina per il trasporto alle cellule, con conseguente riduzione dell'ossigeno disponibile per l'ossidazione mitocondriale. Per compensare questa diminuzione, subito dopo essere arrivato in quota, il corpo inizia a produrre globuli rossi aggiuntivi, con comparsa di nuovi globuli rossi maturi (eritrociti) nel sangue dopo circa sette giorni di esposizione in quota (6). Questo processo è chiamato eritropoiesi ed è regolato dall'ormone eritropoietina (EPO)*. Questo aiuta a spiegare perché gli atleti si allenano in quota, per poi tornare a quote più basse per la prestazione: hanno più globuli rossi per trasportare l'ossigeno. Di solito questo effetto dura poche settimane, perché i globuli rossi hanno una durata di vita di circa 4 settimane. La realtà, tuttavia, è che questa tecnica non garantisce miglioramenti delle prestazioni perché, per migliorarle, è necessaria una maggiore capacità di trasporto di ossigeno verso la cellula.

* Le alternative sintetiche all'EPO sono molto comuni negli sport di resistenza: alcuni atleti potrebbero usarlo per imbrogliare [N.d.r.: doping].

Arrivati in quota, la nostra meccanica respiratoria cambia drasticamente. L'aria è più fredda e secca, e quando entra nel corpo deve essere riscaldata e umidificata. Ciò si traduce in perdite più rapide di fluidi vitali e disidratazione, nonché potenziale broncospasmo che può contrastare i normali effetti di broncodilatazione che si verificano durante l'esercizio, con il rilascio di epinefrina e norepinefrina (1). Le perdite di liquidi riducono il volume del sangue che, a sua volta, riduce la gittata cardiaca (il volume di sangue pompato dal cuore ad ogni contrazione). Per compensare e mantenere la gittata cardiaca (una misura di quanto duramente lavora il cuore), il cuore batte più velocemente, il che può limitare la capacità alle intensità più elevate dell'esercizio.

Un altro adattamento immediato, sperimentato in altitudine, riguarda la ventilazione. Per tenere conto di pressioni parziali dell'ossigeno più basse, aumentiamo i nostri volumi correnti, cioè il volume di aria mossa con la respirazione normale. Questo è accompagnato da espirazioni più forti (iperventilazione) che espellono più anidride carbonica (CO2) dai nostri polmoni e dal sangue. Considerando il ruolo rivestito dalla CO2 nella regolazione della respirazione e del pH del sangue, il corpo risponde producendo più CO2 usando il nostro prezioso sistema del lattato e così ne riduce la quantità disponibile per il lavoro ad alta intensità. Gli atleti spesso sperimentano livelli di lattato ematico notevolmente più alti, e ridotta capacità di lavoro ad alta intensità, quando inizialmente si allenano in altitudine. Questo ridotta disponibilità di lattato nel sangue può anche compromettere le prestazioni quasi massimali quando l'atleta ritorna a quote più basse. Dopo alcune settimane in altitudine, tuttavia, i nostri sistemi cardiopolmonari subiscono diverse regolazioni per cercare di tornare alla normalità, ma il consenso della scienza è che l'allenamento in quota potrebbe non essere così vantaggioso come una volta ritenuto. Le strategie successive, grazie in parte alle tecnologie emergenti, ottimizzano molti dei miglioramenti dell'allenamento in quota, senza i potenziali inconvenienti, tra cui:

  • Camere ipossiche del sonno [N.d.r.: tende del sonno in altura ], dove gli individui vivono in alloggiamenti che simulano l'altitudine e respirano concentrazioni di ossigeno più basse, ma che normalmente si allenano a quote inferiori.
  • Esposizione ipossica intermittente (ad es. vivi in alto e allenati in basso) – spostandoci di 33 miglia tra Salt Lake City e Park City – il differenziale è di quasi 3.000 piedi (800 m).
  • Usando ossigeno supplementare quando si vive ad altitudini più elevate, ma non durante l'allenamento.

Gli atleti che competono in altitudine e nel freddo devono affrontare anche altri fattori fisiologici che possono impedire la prestazione generale (1):

  • Termoregolazione: la corretta applicazione di tessuti e strati per garantire un'adeguata rimozione del calore in eccesso, senza che i tessuti bagnati rimangano a contatto con la pelle e possano scatenare l'ipotermia.
  • La diminuzione della mobilizzazione degli acidi grassi liberi, dalle nostre riserve di grasso sottocutaneo, a causa della vasocostrizione periferica nei climi freddi, può ridurre la disponibilità di grassi come combustibile per le cellule muscolari e forzare più veloci tassi di utilizzo del glicogeno con un suo potenziale di esaurimento.
  • Alterata funzione fisiologica dei muscoli e dei nervi, alterazione dei modelli di reclutamento delle fibre muscolari, riduzione della velocità di accorciamento muscolare e capacità di generare forza, che possono ridurre la forza muscolare e i livelli di potenza.

Quindi, come agiscono questi eventi per cambiare l'atleta invernale rispetto all'atleta estivo? Sicuramente sarebbe difficile fare affermazioni inequivocabili, ma è evidente che l'atleta invernale sembra affrontare ostacoli maggiori quando si tratta di allenamento e prestazioni. Certamente si dovrebbe fare più attenzione per pianificare i regimi di allenamento se si vuole avere successo. Quindi, in questa olimpiade del 2018, apprezziamo che questi atleti di resistenza con una prospettiva unica, che è maggiore di quella di uno spettatore che osserva i migliori atleti del mondo. Con la tua comprensione più profonda di ciò che ogni atleta di resistenza ha sopportato solo per arrivare a questi giochi, spero che il tuo apprezzamento per i loro sforzi sia davvero di ammirazone e rispetto.

di Fabio Comana  FABIO COMANA · 13 febbraio 2018 

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Riferimenti:

1. Porcari J, Bryant CX, and Comana F, (2015). Exercise Physiology. Philadelphia, PA. F.A. Davis Company.

2. Katch VA, McArdle Wd and Katch FI, (2011). Essentials of Exercise Physiology (4th). Baltimore, MD.
    Lippincott, Williams and Wilkins.

3. Kenny WL, Wilmore JH, and Costill DL, (2015). Physiology of Sports and Exercise (5th). Champaign, IL.
    Human Kinetics.

4. Tipton CM (Ed), (2006). ACSM’s Advanced Exercise Physiology. Baltimore, MD. Lippincott, Williams and
    Wilkins.

5. Noakes T, (2003). The Lore of Running. (4th ed.). Champaign, IL. Human Kinetics.

6. Robergs RA, and Roberts SO (1997). Exercise Physiology – Exercise Performance and Clinical
    
Applications. St. Louis, MO., Mosby Year Book, Inc.

 



Tratto da: http://blog.nasm.org/sports-performance/the-value-of-vo2-health-measure-or-performance-marker/


Si declina qualunque responsabilità per la presenza di eventuali errori involontariamente introdotti nel testo nella traduzione o nella trascrizione. Si precisa inoltre che il contenuto dell'articolo non sostituisce in modo alcuno ciò che è divulgato nei libri ed in bibliografia e, nel medesimo tempo, non costituisce alcun riferimento tecnico, medico e scientifico.